DE2637284A1

DE2637284A1 - Verfahren und anordnungen zur automatischen parallaxebestimmung

Info

Publication number: DE2637284A1
Application number: DE19762637284
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Phys Probst
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1976-08-19
Filing date: 1976-08-19
Publication date: 1978-02-23
Also published as: DE2637284B2; JPS6214761B2; GB1528306A; JPS5324859A; US4158131A; DE2637284C3; CH618262A5

Description

Verfahren und Anordnungen zur automatischen Parallaxebostitnmung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen ParallaxebeStimmung bei stereoskopisches vorzugsweise zweiäugigen optischen Systemen mit mindestens einer sich bewegenden Hasterstruktur im Abbildungsstrahlen—. gang, beispielsweise bei einem Basisentferniingsmesser, mit in einem solchen System aus unterscheidbaren Lichtflüssen gewonnenen elektrischen Signalen. Die Erfindung betrifft ferner Anordnungen zur Durchführung dieser Verfahren..

Bei stereoskopischen optischen Systemen ist es erwünscht, daß die Parallaxe zwischen -zwei TeilbUdern automatisch bestimmt wird. i5ies gilt beispielsweise für Basiseutfer— nungsmesser oder für die Auswertimg von Stereoluftbildern. Hierfür wurden bereits unterschiedliche Systeme, zur op— tisch—elektrischen Abtastung sowie zur Weiterverarbeitung der dabei anfallenden elektrischen Signale vorgeschlagen.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 1 gezeigt, bei welcher die Grundwelle der anfallenden Signale genutzt wird. Zwei Objektive 1 o' und 11, welche die Lichtkanäle bestimmenj bilden über Umlenkspiegel 12, I3, 14, 15 ein nicht mit dargestelltes Objekt auf eine Rasterstruktur 16 ab, welche durch einen von einem Generator 17 gespeisten Antrieb 17' senkrecht zu den optischen Achsen 18, 19 bewegt wird. Jeder optischen Achse ist ein fotoelektrischer Empfänger 2o, 21 zugeordnet, welche die Rasterstruktur passiert ha—

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bende Lichtanteile in elektrische Signale umwändel'n. Jedem Empfänger 2o, 21 ist ein mit einem vom Generator 17 abgeleiteten Referenzsignal gesteuerter Phasendiskrimitiator 22, 23 naehgeschaltet, und der dem ersten Kanal zugeordnete Diskriminator 22 ist mit ■· seinem Ausgang über einen'Regler 2k mit dem Antrieb 17' der Rasterstruktur 16 verbunden, während das Ausgangssignal des Diskriminators 23 über einen Regler 26 auf einen Verste lljnechanismus 25 einwirkt, weicherden Spiegel 15 schwenken kann.

Die ¥irkungsweise dieser Anordnung ist so, daß der erste Kanal die Ortsphasendifferenz bestimmt und über den Regler 2k die mittlere Lage der Rasterstruktur solange verschiebt, bis sein Ausgangssignal zu Null geworden ist.Der Phasendiskriminator 23 zeigt in diesem Fall die'Parallaxe an. Über den Regler 26 und den Antrieb 25 ,des Spiegels 15 wird die resultierende Parallaxe auf Null abgeglichen*

Nachteilig ist hier, daß zwei Regelkreise benötigt werden, die über die Rasterstruktur miteinander verkoppelt s i nd.

In der US-PS 3 71 ο 12^ ist ein Verfahren beschrieben, das von der Grundwelle und der 2_y Oberwelle ausgeht. Der Nachteil des dort Beschriebenen liegt darin, daß, wie sich zeigen läßt, die Genauigkeit des Meßergebnisses von der Genauigkeit abhängt, mit welcher die Verstärkung eingestellt wird, die wiederum von den Amplituden der Grundwelle und der "2. Oberwelle abhängt«

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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren sowie Anordnungen zu ihrer Durchführung zu schaffen, welche die aufgezeigten Nachteile nicht aufweisen. Die zur Durchführung geeigneten Anordnungen sollen iusbesondere einfacher im Aufbau und damit weniger störanfällig sein, sie sollen aber nach Möglichkeit noch hessere und/ oder einfacher auswertbare Signale liefern.

Die-Lösung dieser Aufgabe gelingt bei Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß zwei der gewonnenen elektrischan Eingangssignale differenziert werden, dai3 jedes der bei der Differentiation entstandenen Signale mit dem anderen gewonnenen elektrischen Eingangssignal· multipliziert wird, dai3 dinn die aus diesen Multiplikationen entstehenden Signale voneinander subtrahiert'werden, und daß das aus der Subtraktion resultierende Signal mit einem auf die Relativbewegung der Rasterstruktur bezogenen Referenzsignal multipliziert wird und das bei dieser Multiplikation entstehende Signal eine Anzeige- und/oder Servoeinrichtung steuert. Das aus der letztgenannten Multiplikation entstcindene Signal kann noch geglättet werden. Mit Vorteil können noch die gewonnenen elektrischen Eiugangssignale gesiebt werden. Auch können aus den zu subtrahierenden Signalen oder aus dem durch Subtraktion gewonnenen Signal Gleichsignalanteile eliminiert werden.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß beide mittels fotoelektrischer Empfänger gewonnenen elektrischen Eingangssignale je einer Differenzieretufe zugeführt werden, denen je eine Multiplikationsstufe nachgeschaltet ist, welchen jeweils das andere Eingangssignal mit zugeführt wird, daß die Ausgangssignale dieser Multiplikationsstufe einer Subtrahieretufe

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zugeführt werden, deren Ausgangs signal in einer nacligeschalteten Multiplikatiünsstufe auf einem, auf die Relativbewegung der Rasterstruktur bezogenen Referenzsignal multipliziert wird, und daß deren Ausgangssignal einer nachgeschalteton Anzeigeeinricht\mg und/oder einer Servoeinrichtung zugeführt. wird. Dabei kann der letzten Multiplikationsstufe eine Integrationsstufe nachgeschaltet sein. Den fotoeloktrischen Empfängern können Tiefpassfilter nachgeschaltet sein,- Der Subtrahierstufe können Hochpassfilter vorgeschaltet, es kann ihr aber auch ein Hochpassfilter nachgeschaltet sein'. Zur Erzeugung des Referenzsignals können eine Differenzierstufe oder ein zusätzlicher Abtaster, vor-

banden sein. Es kann dazu .aber auch ein "mit entsprecheuden Ausgängen versehener Generator vorhanden sein. Die letztgenannte Multiplizierstufe' Iäi3t sich als phasenempfindlicher Gleichrichter, als elektronischer Schalter oder als Ringmodulator darstellen.

Wie sich gezeigt hat, läßt sich nach dem neuen Verfallren die aus der Parallaxe resultierende Phasendifferenz, welche in .einem geschlossenen Regelkreis beispielsweise durch ein.optisches Stellglied zu Null gemacht werden soll, unabhängig von' den Amplituden der Eingangs-' signale bzw ο deren Relativphasenlage regeln.

Als Beispiel zvir Krläuteruug sei angenommen, daß das netie Verfahren im Zusammenhang mit einem Dad.s-Entfernungsmesser angewendet werden soll, in dessen beiden Kanälen in Bildebenen Raster montiert sind, welche mit einer Amplitude von \/h Rasterperiode schwingen. An den Gittern ■ nachgeordneten fotoelektrischen Empfängern treten dann ' elektrische Signale S₁ und S- auf, die sich aus einem

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Grundwellenanteil sinut und einem Oberwellenanteil cos 2Wt zusammensetzen. Sie haben im Idealfall die Form ' '

S (t) = C (cos <£ sincct + K sin 4> co.s 2u.t) S₀ (t) = C (cos L^^J +Ψ sinctt + K sin Ls^+^.cos 2wt);

dabei sind C und C Ainplitudenfaktoren, die durch Regelung möglichst konstant und gleich groß gehalten wer — " den sollen. Der Faktor K entspricht dem Verhältnis von Oberwellen- zur Grundwellenamplitude, er hat bei einer Schwingungsamplitude des Hasters von etwa \/k Teilungsperiode angenähert den Wert ο,5· Φ ist eine beliebige Anfangs phase", die sich aus der zufälligen Phasenlage zwischen dem Bild des angemessenen Objektes und dem Raster ergibt, ψ ist die aus der Parallaxe zwischen den beiden Kanälen resultierende Phasendifferenz. .

Es gilt nun, diejenige Kombination der beiden genannten Signale zu finden, die im Abgleichfaliinabhängig von den Amplituden der beiden Signale und ihrer Phasenlage Φ ist Außerdem soll diese Kombination unter Einsatz möglichst

wenig aufwendiger Mittel realisierbar sein. Er'findungsgemäi3 wird die Kombination

coswt

verwendet, wobei die über den Buchstaben angebrachten Punkte angeben, daß es sich um zeitlich differenzierte Signale handelt. Durch Einsetzen der entsprechenden Größe ergibt sich

S= - 3Λ CC KC C sin V.

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Für ^=O ist also - wie gewünscht - S =0, und zwar

unabhängig von den Größen-Ψ, C und C .

Für ψ jx O dagegen wirken die Amplitudengrößen mit. Und da S proportional zu sin f ist, ist ein Vorzeichenrichtiger und symmetrischer Abgleich im Bereich^= ± 180 möglich.

Als Prinzipschaltbild stellt sich die gefundene Lösung wie in der Zeichnung in Fig. 2 beispielsweise geneigt dar: .

Die beiden mittels der beiden Objektive 1o, 11 und der Umlenkspiegel 12 bis 15 eines Basisentfernungsmessers sowie eines bewegbar gelagerten, von einem Antrieb 3I i-ⁿ Schwingbewegungen versetzten Kasters 1ό als Hasterstruktur und zweier fotoelektrischer Empfänger 2o, 21 aus den Strahleugängen in Abhängigkeit vom Objekt gewonnenen Eingangssignale S (t) und S (t) werden je einer Differen- . zierstufe 32, 33 zugeführt, deren Ausgangssignale jeweils zusammen mit dem anderen Eingangssignal in eine Multiplikationsstufe 3h bzw. 35 eingespeist werden. Deren Aus-

2o. gangssignale werden in einer nachgeschalteten Stufe 36 voneinander subtrahiert und dann das sich darauf ergeben-'de Signal in einer weiteren Multiplikations.stufe 37 mit einem auf die Relativbewegung der Ilasterstruktur 16 bezogenen Referenzsignal multipliziert. Das somit erhaltene Signal S ist das gewünschte Stellsignal, welchen noch -

falls erforderlich oder erwünscht - mittels einer nachgeschalteten, beispielsweise als Integrationsstufe ausgebildeten Glättungsstufe 38 (gestrichelt angedeutet) geglättet werden kann, bevor es den im Regelkreis befindliehen Antrieb 25, welcher den drehbar befestigten Um^-

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Lü/Ilz - ? - ' iL^oiS.

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leaks piegel 15 schwenkt, und/oder eine Anzeigevorrichtung 3^ speist.

.Die Ableitung des Referenzsignals läßt sich auf unter-■ schiedliche Weise erreichen. Einmal kann man zur Speisung des Hasterantriebs 31 einen Generator k2 verwenden, der zusätzlich einen weiteren Ausgang aufweist,- welcher das gewünschte Referenzsignal liefert. Eine andere MÖglichkeit ist die Ableitung direkt.aus dem Speisesignal für den Antrieb 31> beispielsweise durch Differentiation mittels einer Stufe h.'J, wie dies gestrichelt .angedeutet ist. Auch ist es möglich, das Referenzsignal unter Verwendung eines zusätzlichen fotoelelctrischen Empföngers kk zu gewinnen, der .die Rasterstruktur 16 direkt abtastet. Dieser Empfänger kk ist ebenfalls gestrichelt angedeutet.

Die Multiplikätionsstufe 37 läßt sich auf unterschiedliche Weise realisieren. Sie kann als analoger'Multiplizierer ausgebildet sein, sie kann aber auch beispielsweise durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter oder durch einen elektronischen Schalter oder durch einen iiingmodulator dargestellt werden.

Es kann von Vorteil sein, zur Signalverbesserung aus dem Ausgangssignal der Subtrahierstufe Gleichsignalanteile zu eliminieren» Dies kann beispielsweise mittels eines (in der Zeichnung gestrichelt angedeuteten) der Subtrahiers.tu— fe 36 nachgeschalteten Hochpasses 36' oder zwei entsprechenden, vorgeschalteten Hochpässe 36" erfolgen.

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Auch die Eingangssignale lassen sich· durch Filtermittel verbeßsern. Dazu kann man den fotoelektrischen. Empfängern 2o, 21 je einen Tiefpass nachschalten, um die Rausch Signalanteile dieser Empfänger zu vermindern.

jDie Hasterstruktur kann einerseits körperlich, als Gitter oder liaster, andererseits funktionell aber auch beispielsweise mittels Ultraschall- oder elektrischer Ablenkfelder dargestellt werden.

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Claims

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Ansprüche

1.!Verfahren zur automatischen Parallaxebestimmung bei \^_^' stereoskopischen, vorzugsweise zweiäugigen optischen Systemen mit mindestens einer sich bewegenden Hasterstruktur im Abbiidungsstrahlengang, beispielsweise bei einem Basisenti? errmngsmesser mit in einem solchen System aus unterscheidbaren Lichtflüssen gewonnenen elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der gewonnenen elektrischen Eingangssignale differenziert werden, daß jedes der bei der Differentiation entstandenen Signale mit dem anderen gewonnenen elektrischen Eingangssignal multipliziert wird, daß dann die aus diesen Multiplikationen entstehenden Signale voneinander subtrahiert werden, und daß das aus der Subtraktion resultierende Signal, mit einem auf die Relativbewegung der Kasterstruktur bezogenen Referenzsignal multipliziert wird und das bei dieser Multiplikation entstehende Signal eine Anzeige- und/oder eine Servoeinrichtung steuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . zusätzlich die gewonnenen elektrischen Eingangssignale gesiebt werden.

3· Verfahren nach Anspruch 1 .oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der letztgenannten Multiplikation entstandene Signal geglättet wird. .

k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich aus den zu subtrahierenden Signalen Gleichsignalanteile eliminiert werden.

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Patentabteilung *

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5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich aus dem durch die Subtraktion gewonnenen Signal Gleichsignalanteile eliminiert werden.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der mittels fotoelektrischer Empfänger (2o, 21) gewonnenen elektrischen Eingangssignale je einer Differenzierstufe (j2, 33) zugeführt werden, denen je eine Multiplikationsstufe (3^> 35) nachgeschaltet sind, welchen jeweils das andere elektrische Eingangssignal mit zugeführt wird, daß die Ausgangssignale dieser Multiplikati onsstufen (3^» 35) einer Subtrahierstufe (36) zugeführt werden, deren 'Ausgangssignal in einer nachgeschalteten Multiplikationsstufe (37) mit einem auf die Relativbewegung der Rasterstruktur (16) bezogenen Referenzsignal multipliziert wird, und daß deren Ausgangssignal einer^nachgeschalte— ten Anzeigeeinrichtung (39) und/oder einer Servoeinrichtung (25) zugeführt wird.^r

7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den fotoelektrischen Empfängern (2o, 21) Tiefpassfilter (2ο¹, 21 ') nachgeschaltet sind.

Anordnung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß der letztgenannten Multiplikationsstufe (37) eine Gl ä'ttungs stufe (3^) nachgeschaltet ist.

9· Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß zusätzlich der Subtrahierstufe (36) Hochpassfilter (36") vorgeschaltet sind.

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1o. "Anordnung" nach einem der Ansprüche 6" bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Subtrahierstufe (36) ein. Hochpassfilter (36') nachgeschaltet ist.

Tl. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals aus dem Antriebssig- , ual für die iiasterstruktur (l6) eine üifferenzierstufe (43) vorgesehen ist.

12, Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals aus der ■Strukturbewegung direkt ein zusätzlicher, der Hasterstruktur (16) zugeordneter Abtaster (hk) vorgesehen ist.

13« Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Referenzsignals für den Antrieb (3I) der Rasterstruktur (16) ein mit· entsprechenden Ausgängen versehener Generator (42) vorhanden ist.

14. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannte Multiplikationsstufe (37) ein phasenempfindlicher Gleichrichter ist.

15· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannte Multiplikatiönsstufe (37) ein elektronischer Schalter ist.

16. Anordniing nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannte Multiplikatiönsstufe (37) ein Ringmodulator ist.

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